JP2010042468A - 研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材にかかるダメージを抑えながら研磨加工時間の短縮を図ることが可能な基材の研磨方法を提供する。
【解決手段】図５に示す研磨方法は、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重よりも減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、標準荷重よりも高い研磨荷重に増して所定の時間の研磨加工を継続し、次に、研磨荷重を標準荷重よりも低い荷重に減らして所定の時間の研磨加工を継続する、というサイクルを繰り返している例である。標準荷重よりも低い研磨荷重にて研磨加工するステップを含むことにより、定盤の研磨面とワークの加工面との間に研磨スラリーが入りやすくなって新規の研磨スラリーが十分に供給され、また、標準荷重よりも高い研磨荷重にて研磨加工するステップを含むことにより、ワークの研磨加工の加工レートを向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基材を所定の厚さおよび表面状態に研磨加工する研磨方法に関するものである。

従来より、通信機器、情報機器、民生機器などの電子機器の基準周波数源として、圧電振動子や圧電発振器などの圧電デバイスが使用されている。また、この圧電デバイスに用いる圧電振動片の圧電材料としては、安定した周波数特性を得られることなどから単結晶の水晶が採用されている。水晶からなる水晶振動片は、人工水晶原石の一部を結晶軸（光軸）を明確にしてブロック状に成形した水晶ランバードから切り出された基材としての水晶ウェハを用いて形成される。即ち、切り出された水晶ウェハを所望の厚さおよび表面状態となるように研磨加工してから、励振電極などの必要な電極を形成し、さらに所望の形状に成形することにより、水晶ウェハから一以上の水晶振動片を得ている。ここで、研磨加工により調整される水晶ウェハの厚さは、水晶ウェハから得られる水晶振動片の周波数を決定する因子となるので、研磨加工は非常に重要な工程となっている。
例えば、水晶ランバードから切り出された基材としての水晶ウェハを、所望の周波数が得られる厚さに研磨する研磨装置としての両面研磨装置が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の両面研磨装置は、水晶ウェハを単数または複数保持するウェハ保持孔を有する遊星歯車としてのキャリアプレートと、サンギア（太陽歯車）と、インターナルギア（内歯車）とを有する所謂遊星歯車方式の両面ラッピング装置である。この遊星歯車方式の両面研磨装置を用いて水晶ウェハを研磨する際には、ウェハ保持孔に水晶ウェハを保持させた複数のキャリアプレートを両面研磨装置の中心部のサンギアおよび外周部のインターナルギアの間に保持させ、この水晶ウェハが保持されたキャリアプレートの上下方向に配置される下定盤および上定盤により水晶ウェハの両主面に押し付けるように挟み込む。そして、水晶ウェハの上方から砥粒としての研磨スラリーを供給しながら下定盤および上定盤を相対方向に回転させると同時に、サンギアとインターナルギアとによってキャリアプレートを自転および公転させることで、上定盤により所定の研磨荷重を印加しながら水晶ウェハの両主面を同時に研磨加工する。

特開２００６−１２３０２０号公報

ところで、近年、携帯電話端末などの小型通信機器の小型化・薄型化が一層進展し、また、低価格化が進んでいるなかで、これらの小型通信機器に用いられる圧電デバイスへの小型化・薄型化あるいは低コスト化の要求がますます高まっている。この要求に応えるために、水晶振動片などの圧電振動片の小型化・薄型化が進められているとともに、効率的に圧電振動片を製造することによって低コスト化を図るために、水晶ウェハの大型化や、研磨加工時間の短縮が検討されている。
上記特許文献１に記載の両面研磨装置を用いた研磨方法において、水晶ウェハの研磨加工時間の短縮化を図る方法としては、上定盤あるいは下定盤の水晶ウェハに対する回転の速度を上げたり、上定盤により印加する研磨荷重を高くする方法が考えられる。しかしながら、上記のように大型化および薄型化を図った水晶ウェハは、研磨荷重などの負荷に対して機械的な強度が低下するためにスクラッチなどの水晶ウェハを破損が起こりやすくなり、研磨荷重を大きくすることが困難であるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例にかかる研磨方法は、基材の互いに平行な面のうちいずれか一方の面を研磨加工する第１の研磨面を有する第１の定盤と、前記基材の他方の面の側に配置され前記基材を研磨加工する時の研磨荷重を制御する研磨荷重制御手段を備えた第２の定盤と、前記基材を研磨加工する時に、前記基材の研磨加工される加工面に研磨スラリーを供給するスラリー供給手段と、を有し、少なくとも前記第１の定盤を前記基材に対して運動させることにより前記基材を研磨加工する研磨装置を用いた前記基材の研磨方法であって、第１の研磨荷重で研磨加工するステップと、前記研磨荷重制御手段を用いて前記第１の研磨荷重よりも低い第２の研磨荷重で研磨加工するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。

発明者は、基材を所望の厚みに研磨加工する研磨加工時間内において、研磨加工開始時の研磨荷重（第１の研磨荷重）標準荷重よりも低い研磨荷重で研磨加工するステップを含んだ場合に、定盤（下定盤）の研磨面と基材の加工面との間に新規の研磨スラリーが供給されやすくなることによって、研磨加工の加工レートが向上し、研磨加工時間を短縮し得ることを見出した。また、研磨加工中に基材の加工面に研磨スラリーが十分に存在することにより、研磨スラリーが潤滑剤として作用して基材の加工面と定盤の研磨面との引っかかりが抑制され、基材の破損が抑えられることを見出した。
上記構成の研磨方法によれば、第１の研磨荷重よりも低い研磨荷重で研磨加工するステップにより、基材の研磨加工される面に新規の研磨スラリーが供給されて基材の研磨加工が促進されるとともに、基材と定盤間の研磨スラリーによる潤滑作用によって基材の破損を防止しながら研磨加工時間の短縮を図ることができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる研磨方法において、前記研磨荷重制御手段を用いて前記第１の研磨荷重よりも高い第３の研磨荷重で研磨加工をするステップを含むことを特徴とする。

この構成によれば、基材の研磨加工時間内において、第１の研磨荷重よりも低い研磨荷重で研磨加工するステップにより研磨スラリーが加工面に十分に供給された状態で、第１の研磨荷重よりも高い研磨荷重で研磨加工をするステップを含んでいるので、研磨加工レートを向上させて研磨加工時間の短縮を図ることができる。

〔適用例３〕上記適用例にかかる研磨方法において、前記第２の定盤が、前記基材の前記他方の面と対向する面に第２の研磨面を有し、前記第２の定盤を前記基材に対して運動させることにより前記基材の前記他方の面を研磨加工する前記研磨装置を用いていることを特徴とする。

この構成によれば、基材を両面同時に研磨加工することができるので、研磨加工時間をより短縮することができる。

以下、基材の研磨方法の一実施形態について図面を参照して説明する。

（両面研磨装置）
まず、本実施形態の研磨方法に用いる研磨装置としての両面研磨装置について図面に沿って説明する。
図１は、両面研磨装置を模式的に説明する断面図である。また、図２は、両面研磨装置において基材としてのワークを保持するキャリアプレートを模式的に示す平面図である。また、図３（ａ）は、両面研磨装置の下定盤部分におけるキャリアプレートを含めた各部の動きを模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面において（ａ）の上部に配置される上定盤を含めて模式的に説明する部分断面図である。

図１において、両面研磨装置５０は遊星歯車方式の両面ラッピング装置であって、サンギア（太陽歯車）２１と、インターナルギア（内歯車）２２と、第１の定盤としての下定盤２０と、第２の定盤としての上定盤３０とを備え、これらの回転部材を独立に駆動可能な構造になっている。また、両面研磨装置５０の上定盤３０には、スラリー供給手段の一部としてのスラリー供給部分１５０が備えられている。

サンギア２１は、両面研磨装置５０の中央に回転自在に取り付けられており、その下端部にはギア部４０が設けられている。ギア部４０は、このギア部４０を介してサンギア２１を駆動回転させることができるサンギア駆動装置４６に接続されている。具体的には、サンギア駆動装置４６は、図示しないモータおよびそのモータの回転を変速させる変速機を備え、このサンギア駆動装置４６に直結されたギア４７と上記ギア部４０とにチェーン４８が巻き付けられている。これにより、サンギア駆動装置４６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア４７とチェーン４８とを介してギア部４０に伝達され、サンギア２１がサンギア駆動装置４６の駆動力に対応した回転速度で回転するようになっている。

下定盤２０は、サンギア２１の外側に回転自在に取り付けられ上面にワークを研磨加工する第１の研磨面２０ｃを有した円盤状の定盤部分２０ａと、その定盤部分２０ａを下側から支持する軸部２０ｂとからなり、軸部２０ｂの下端部にはギア部６０が設けられている。ギア部６０は、このギア部６０を介して下定盤２０を駆動回転させる下定盤／上定盤駆動装置６６に接続されている。下定盤／上定盤駆動装置６６は、上記サンギア駆動装置４６と同様に、図示しないモータおよびそのモータの回転を変速させる変速機を備え、この下定盤／上定盤駆動装置６６に直結されたギア６７とそのギア６７に一方が巻き付けられたチェーン６８とを備えているが、さらに、この下定盤／上定盤駆動装置６６は、チェーン６８の他方が巻き付けられたギア６９と、このギア６９と共に回転軸６９ｂに固着され且つ下定盤２０のギア部６０に噛合されたギア６９ａとを有している。これにより、下定盤／上定盤駆動装置６６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア６７とチェーン６８とを介してギア６９に伝達される。この結果、ギア６９ａがギア６９と一体に回転し、下定盤２０が下定盤／上定盤駆動装置６６の駆動力に対応した回転速度で回転するようになっている。

インターナルギア２２は、下定盤２０の外側に回転自在に取り付けられており、その下端部にはギア部７０が設けられている。ギア部７０は、このギア部７０を介してインターナルギア２２を駆動回転させることができるインターナルギア駆動装置７６に接続されている。インターナルギア駆動装置７６も、上記サンギア駆動装置４６と同様に、図示しないモータおよびそのモータの回転を変速させる変速機を備え、このインターナルギア駆動装置７６に直結されたギア７７とインターナルギア２２のギア部７０とにチェーン７８が巻き付けられている。これにより、インターナルギア駆動装置７６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア７７とチェーン７８とを介してギア部７０に伝達され、インターナルギア２２がインターナルギア駆動装置７６の駆動力に対応した回転速度で回転するようになっている。

一方、上定盤３０は、下面側にワークを研磨加工する第２の研磨面３０ｃを有した円盤状の定盤であって、上方に配置された油圧式または空気圧式あるいは電気式の研磨荷重制御手段としてのシリンダ３９のシリンダロッド３９ａに吊り下げられており、シリンダ３９を操作することにより昇降可能に設けられている。図１の両面研磨装置５０においては、上定盤３０を上昇させて例えば待機位置に待機させた状態を示している。この上定盤３０は、上記下定盤／上定盤駆動装置６６によって駆動回転させることが可能になっている。具体的には、サンギア２１の中心孔内に軸８０が回転自在に挿入され、軸８０の上端部にドライバ８１が取り付けられている。ドライバ８１には縦溝８１ａが刻設されており、上定盤３０を下降させて研磨加工する状態にした時に、この縦溝８１ａが上定盤３０のフック８２と係合するようになっている。また、軸８０の下端部にはギア部８３が設けられ、このギア部８３が、遊びギア８４を介してギア８５に噛合されている。このギア８５は、下定盤／上定盤駆動装置６６の回転軸６９ｂにギア６９ａと共に固着されている。これにより、下定盤／上定盤駆動装置６６を作動させると、ギア８５および遊びギア８４を介して、下定盤／上定盤駆動装置６６の駆動力がギア部８３に伝達され、ドライバ８１に係合された上定盤３０が下定盤２０と逆方向に回転するようになっている。

また、上定盤３０には、図示しないスラリー供給装置により、基材の研磨加工面に研磨スラリーを吐出あるいは滴下するスラリー供給部分１５０が設けられている。研磨スラリーは、粒子状の例えば人工ダイヤモンドなどの砥粒を水や油などに高濃度で分散させた研磨剤である。スラリー供給部分１５０から基材の研磨加工面に供給される研磨スラリーは、上記スラリー供給装置によって研磨加工中に研磨加工面に常時あるいは断続的に所定量供給されるように制御される。

両面研磨装置５０において、下定盤２０上には、一または複数の被研磨体である基材を保持する遊星歯車としてのキャリアプレート１０が載置される。キャリアプレート１０は、図２に示すように、ワーク１ａを保持する複数の基材保持孔としてのワーク保持孔１５を有する円盤状のプレートであって、図示はしないが、ワーク１ａを研磨することにより得られる研磨上がりのワークの厚み目標値よりも薄い板厚にて形成されている。なお、本実施形態のキャリアプレート１０には５つのワーク保持孔１５が設けられている。

両面研磨装置５０によってワーク１ａを研磨する際には、図３に示すように、ワーク１ａをワーク保持孔１５に挿入・保持した複数のキャリアプレート１０を、両面研磨装置５０の中心部のサンギア２１および外周部のインターナルギア２２の間に保持させる。また、キャリアプレート１０の上下方向に配置されワーク１ａの両主面を同時に研磨する研磨布（図示せず）がワーク１ａの対向面にそれぞれ貼付された下定盤２０および上定盤３０によりワーク１ａの両主面を押し付けるようにキャリアプレート１０を挟み込む。そして、ワーク１ａの上方のスラリー供給部分１５０から研磨スラリーを供給しながら下定盤２０および上定盤３０をワーク１ａに対して相対方向に回転させると同時に、サンギア２１とインターナルギア２２とによってキャリアプレート１０を自転および公転させることで、ワーク１ａの両主面を同時に研磨する。なお、図３（ａ）には、サンギア２１、インターナルギア２２、下定盤２０、およびキャリアプレート１０それぞれの回転方向が矢印２５〜２８で示しているが、これに限らず、キャリアプレート１０の回転方向２８は自公転比によって異なる場合がある。また、上記したように、上定盤３０は回転させずに固定させた状態で、下定盤２０およびキャリアプレート１０を回転させても、ワーク１ａの研磨加工を行うことができる。
また、上定盤３０を下降させて研磨加工する状態にした時に、図１に示すドライバ８１の縦溝８１ａに係合させるフック８２は、縦溝８１ａに係合させないように後退させられるようになっている。フック８２を後退させた場合には、研磨加工する際に上定盤３０は回転せずに固定され、サンギア２１、インターナルギア２２、および下定盤２０の三つの部材が回転して研磨加工を行う所謂３ウェイ研磨加工を行うようになっている。

（研磨方法）
次に、上記両面研磨装置５０を用いたワーク１ａの研磨方法について詳細に説明する。
図４〜図９は、両面研磨装置５０を用いてワーク１ａを研磨する際の、研磨荷重の印加方法のバリエーションを模式的に説明するものであり、縦軸を研磨荷重として、横軸を研磨加工時間を示す時間軸として示したグラフである。なお、下記のワーク１ａの研磨加工方法の説明において、ワーク１ａが保持されたキャリアプレート１０を含む両面研磨装置５０については図１〜図３を参照されたい。

ワーク１ａの研磨加工においては、まず、所定数のワーク１ａをキャリアプレート１０のワーク保持孔１５に挿入・保持させる。このようにしてワーク１ａがセットされたキャリアプレート１０を複数準備する。そして、ワーク１ａがセットされた複数のキャリアプレート１０を、両面研磨装置５０のサンギア２１とインターナルギア２２に噛合させた状態で下定盤２０上に載置する。
なお、先に上定盤３０上に複数のキャリアプレート１０を載置させてから、各キャリアプレート１０にワーク１ａをセットするようにしてもよい。

次に、シリンダ３９を操作してシリンダロッド３９ａに吊り下げられた上定盤３０を下降させ、キャリアプレート１０に保持されたワーク１ａを下定盤２０および上定盤３０間に所定の圧力（研磨荷重）を加えた状態で挟み込む。この、研磨加工開始時にワーク１ａに印加する第１の研磨荷重（以下、初期研磨荷重と記す）は、下記に説明する研磨荷重の印加方法のバリエーションに応じて決定され、ワーク１ａの材質および大きさにおいて予め確認されている標準的な研磨荷重（以下、標準荷重と記す）、もしくは、その標準荷重よりも小さい荷重（第２の研磨荷重）、または大きい荷重（第３の研磨荷重）に決定される。ここで、標準荷重とは、ワーク１ａを厚み目標値および所望の表面状態にまで一定の研磨荷重にて研磨する研磨加工時間内において、ワーク１ａが破損などを生じないで、且つ、研磨加工時間を短縮し得るなるべく高い研磨荷重を指す。また、標準荷重よりも小さい荷重または大きい荷重のうち、標準荷重よりも大きい荷重とは、その荷重を印加して研磨加工した時にワーク１ａが破損などを生じない加工時間が予め確認されている荷重をいう。

次に、上記の初期研磨荷重を印加した状態で、図示しないスラリー供給装置を駆動させて、スラリー供給部分１５０からワーク１ａの加工面に所定量の研磨スラリーを供給しながら、サンギア２１と下定盤２０とインターナルギア２２とを駆動回転して研磨を開始する。本実施形態では、下定盤２０の第１の研磨面２０ｃおよび上定盤３０の第２の研磨面３０ｃのそれぞれとワーク１ａの加工面である両主面との間に研磨スラリーが所定量供給される。

初期研磨荷重を印加した状態で研磨加工が開始されてから所定の時間を経たところで、本実施形態のワーク１ａの研磨方法では、シリンダ３９を操作してシリンダロッド３９ａに吊り下げられた上定盤３０を所定量下降または上昇させることにより研磨荷重を初期研磨荷重から増やす、または減らして所定時間の研磨加工を継続する。そして、所定の時間の研磨加工時間を経たところで、ふたたび、研磨荷重を増やす、または減らす操作を行い、所定時間の研磨を継続する。このような研磨荷重を増やす、または減らす操作を、本実施形態のワーク１ａの研磨方法では、ワーク１ａの厚みが厚み目標値になるまで繰り返す。ここで、本実施形態のワーク１ａの研磨方法の要旨は、ワーク１ａを厚み目標値および所望の表面状態にまで研磨加工する過程において、研磨荷重を上記標準荷重よりも減らして所定時間の研磨加工を行うステップを含むことにあり、初期荷重および研磨加工中の研磨荷重の変化のさせ方にはいくつかのバリエーションがある。以下、ワーク１ａの研磨方法における研磨荷重の変化のさせ方のバリエーションの例を説明する。

図４〜図６は、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始する研磨方法の研磨荷重の変化のさせ方のバリエーションを例示している。
図４に示す研磨方法では、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、標準荷重に戻して（増やして）所定の時間の研磨加工を継続する、というサイクルを繰り返している例である。
このように、標準荷重よりも低い研磨荷重にて研磨加工するステップを含むことにより、下定盤２０の第１の研磨面２０ｃおよび上定盤３０の第２の研磨面３０ｃのそれぞれとワーク１ａの両主面である加工面との間に研磨スラリーが入りやすくなって新規の研磨スラリーが十分に供給されることにより、ワーク１ａの加工レートが向上することを発明者は見出した。これにより、ワーク１ａの厚みが厚み目標値になるまで一定の標準荷重で研磨した場合よりも研磨加工時間を短縮することが可能になるとともに、研磨スラリーが潤滑剤として作用することにより、ワーク１ａの破損が抑えられるという効果を奏する。

また、図５に示す研磨方法は、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重よりも減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、標準荷重よりも高い荷重に増して所定の時間の研磨加工を継続し、次に、研磨荷重を標準荷重よりも低い荷重に減らして所定の時間の研磨加工を継続する、というサイクルを繰り返している例である。
この研磨方法によれば、上記図４に示す研磨方法の効果に加えて、標準荷重よりも高い研磨荷重にて研磨加工するステップを含んでいるので、ワーク１ａの研磨加工の加工レートをさらに向上させることができる。

また、図６に示す研磨方法は、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重よりも高い荷重に増やして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、研磨荷重を標準荷重よりも低い荷重に減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、標準荷重まで研磨荷重を増やして研磨加工を継続する、というサイクルを繰り返している例である。

次に、図７および図８では、標準荷重よりも高い研磨荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始する研磨方法における研磨荷重の変化のさせ方のバリエーションを例示している。
図７に示す研磨方法は、標準荷重よりも高い研磨荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重よりも低い荷重に減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、標準荷重よりも高い荷重に増やして所定の時間の研磨加工を継続する、というサイクルを繰り返している例である。

また、図８に示す研磨方法は、標準荷重よりも高い荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで研磨荷重を標準荷重まで減らして所定の時間の研磨加工を継続し、次に、再び標準荷重よりも高い荷重に増やして所定の時間の研磨加工を行い、次に、研磨荷重を標準荷重よりも低い荷重に減らして所定の時間の研磨加工を行う、というサイクルを繰り返している例である。
この研磨方法では、標準荷重よりも高い研磨荷重で研磨加工し続けることによるワーク１ａへのダメージを、標準荷重に戻すことにより一旦軽減してから再び標準荷重よりも高い研磨荷重に増やすことにより、ワーク１ａの破損などを防止しながら研磨加工の加工レートを向上させることを目的としている。そして、その次に、標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして研磨加工することにより、ワーク１ａの研磨面に新規の研磨スラリーを供給してさらに研磨加工レートを向上させるとともに、研磨スラリーによる潤滑作用によりワーク１ａの加工面と下定盤２０の第１の研磨面２０ｃおよび上定盤３０の第２の研磨面３０ｃとの引っかかりによるキャリアプレート１０へのワーク１ａののり上げや破損の抑制を図っている。

次に、図９は、標準荷重よりも高い研磨荷重にて研磨加工するステップにおいて、段階的に研磨荷重を増加させることにより、ワーク１ａに加わるダメージを軽減する研磨方法を例示している。すなわち、標準荷重を初期研磨荷重として研磨加工を開始し、所定の時間の研磨加工を経たところで、研磨荷重を標準荷重よりもやや高めに増やして所定の時間の研磨加工を行ったのち、さらに研磨荷重を増やして所定の時間の研磨加工を行ってから、標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして所定の時間の研磨加工を行う、というサイクルを繰り返している例である。

上記に説明した図４〜図９に示すワーク１ａの研磨方法における研磨荷重の変化のさせ方のバリエーションのうち、いずれかの研磨方法によって研磨加工を継続し、ワーク１ａの厚みが厚み目標値になったところで、キャリアプレート１０を含む両面研磨装置５０の各部の回転運動を停止して研磨加工を終え、上定盤３０を待機位置まで上昇させてからワーク１ａを完成品としてキャリアプレート１０から取り出し、一連のワーク１ａの研磨加工工程を終了する。

上記実施形態の研磨方法によれば、ワーク１ａを厚み目標値および所望の表面状態にまで研磨加工する加工時間内において、研磨荷重を標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして所定の時間の研磨加工を行うステップを複数回含んでいる。これにより、標準荷重よりも低い研磨荷重で研磨加工するステップで、下定盤２０の第１の研磨面２０ｃおよび上定盤３０の第２の研磨面３０ｃのそれぞれとワーク１ａの加工面である両主面との間に研磨スラリーが入り込みやすくなって新規の研磨スラリーが十分に供給されることにより、ワーク１ａの研磨加工が促進されて加工レートが向上するとともに、研磨スラリーが潤滑剤として働いてワーク１ａの加工面と下定盤２０および上定盤３０それぞれの第１の研磨面２０ｃおよび第２の研磨面３０ｃとの引っかかりが軽減されるので、ワーク１ａの破損を抑制することができる。

さらに、上記実施形態の研磨方法のうち、図５〜図９で説明した研磨方法では、ワーク１ａを厚み目標値まで研磨加工する加工時間内において、研磨荷重を標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして研磨加工するステップとともに、標準荷重よりも高い研磨荷重に増やしてワーク１ａが破損しないことが予め確認された時間の研磨加工を行うステップを含んでいる。これにより、ワーク１ａの加工面に新規の研磨スラリーを十分に供給しながら、ワーク１ａを破損させることなく、研磨加工レートを向上させることができるので、ワーク１ａの研磨加工時間の短縮を図ることができる。

上記実施形態で説明した研磨方法は、以下の変形例として実施することも可能である。

（変形例）
上記実施形態の研磨方法では、遊星歯車方式の両面ラッピング装置である両面研磨装置５０を用いた。これに限らず、上記実施形態の研磨方法は、片面研磨装置を用いても実施することができる。
図１０は、上記実施形態の研磨方法に用いることが可能な片面研磨装置の一例を模式的に説明する断面図である。

図１０に示す研磨装置としての片面研磨装置２５０は、上方が開口した容器としてのスラリー受け２４０内に、第１の定盤としての下定盤２２０と、第２の定盤としての上定盤２３０と、上定盤２３０に設けられたスラリー供給手段の一部としてのスラリー供給部分３５０とが備えられて構成されている。

下定盤２２０は、上記実施形態の下定盤２０（図３（ａ）を参照）と同様な加工面２０１ｃを有する円盤状の定盤部分２２０ａと、その定盤部分２２０ａを下方中央から支持する軸部２２０ｂとからなり、その軸部２２０ｂの下端部にはギア部２６０が設けられている。ギア部２６０は、このギア部２６０を介して下定盤２２０を駆動回転させる下定盤駆動装置２６６に接続されている。下定盤駆動装置２６６は、図示しないモータおよびそのモータの回転を変速させる変速機を備え、この下定盤駆動装置２６６に直結されたギア２６７とそのギア２６７に一方が巻き付けられたチェーン２６８とを備え、さらに、この下定盤駆動装置２６６は、チェーン２６８の他方が巻き付けられたギア２６９と、このギア２６９と共に回転軸２６９ｂに固着され且つ下定盤２２０のギア部２６０に噛合されたギア２６９ａとを有している。これにより、下定盤駆動装置２６６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア２６７とチェーン２６８とを介してギア２６９に伝達される。この結果、ギア２６９ａがギア２６９と一体に回転し、下定盤２２０が下定盤駆動装置２６６の駆動力に対応した回転速度で回転するようになっている。

一方、上定盤２３０は、シリンダ２３９のシリンダロッド２３９ａに吊り下げられており、シリンダ２３９を駆動させることにより昇降可能に設けられている。上定盤２３０は、ワーク２０１ａと対向する側のワーク固定面２３０ｃに、被研磨体である基材としてのワーク２０１ａを固定する図示しない固定手段を備えている。この固定手段としては、例えば、上定盤２３０のワーク固定面２３０ｃから多数の孔を形成し、この孔を介してワーク固定面２３０ｃの反対側から空気を吸引してワーク２０１ａを吸着させる方法などを用いることができる。
また、上定盤２３０には、図示しないスラリー供給装置により、ワーク２０１ａの加工面２０１ｃに研磨スラリーを吐出あるいは滴下するスラリー供給部分３５０が設けられている。研磨加工中にスラリー供給部分３５０からワーク２０１ａの加工面に供給される研磨スラリーは、上記スラリー供給装置によって常時あるいは断続的に所定量供給されるように制御される。

片面研磨装置２５０によってワーク２０１ａを研磨する際には、まず、上記固定手段により上定盤２３０のワーク固定面２３０ｃに単数または複数のワーク２０１ａ（図１０では二つのワーク２０１ａを図示）を固定させる。そして、下定盤駆動装置２６６を駆動させて下定盤２２０を所定の回転速度で回転させ、ワーク２０１ａの上方のスラリー供給部分３５０から研磨スラリーを供給しながら、シリンダ２３９を操作することにより上定盤２３０を下降させてワーク２０１ａの加工面２０１ｃを下定盤２２０の第１の研磨面２２０ｃに所定の研磨荷重（初期研磨荷重）にて押し付けことにより、ワーク２０１ａの加工面２０１ｃの片面研磨加工が開始される。この初期研磨荷重で開始されたワーク２０１ａの研磨加工は、図４〜図９に示す上記実施形態と同様の研磨方法により、研磨荷重を標準荷重に対して増減させながらワーク２０１ａの厚みが厚み目標値となるまで行う。

上記変形例の片面研磨装置２５０においても、上記実施形態の研磨方法を用いることができる。すなわち、ワーク２０１ａの厚みを厚み目標値まで研磨する研磨方法において、研磨荷重を標準荷重よりも低い研磨荷重に減らして所定の時間の研磨加工を行うステップを複数回含んでいるので、ワーク２０１ａの加工面２０１ｃに研磨スラリーが入り込みやすくなって新規の研磨スラリーが十分に供給される効果により、研磨荷重によるワーク２０１ａへのダメージが軽減されるとともに、ワーク２０１ａの加工レートが向上し研磨加工時間の短縮を図ることができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態やその変形例、あるいは実施例について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例、あるいは実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例の研磨加工方法では、図４〜図９に示すように所定の規則性を有する研磨荷重の変化のさせ方を説明した。これに限らず、本発明の研磨方法では、標準荷重よりも低い研磨荷重にて研磨加工を行うステップを含んでいればよく、標準荷重、標準荷重よりも低い研磨荷重、標準荷重よりも高い研磨荷重、のそれぞれの研磨荷重で研磨加工するステップを、研磨加工時間内においてランダムに組み合わせてもよい。

また、上記実施形態および変形例では、矩形平板状の基材としてのワーク１ａ，２０１ａを研磨加工する例を説明した。これに限らず、研磨加工する基材の平面視の形状は円形、三角形、五角以上の多角形、あるいは不定形であってもよく、また、平板状に限らず、加工面どうし、または加工面と対向する面とが平行であれば例えばブロック状の基材であっても本発明の研磨方法を適用することができる。

また、上記実施形態では、両面ラッピング装置である両面研磨装置５０を用いて研磨加工する例を説明した。これに限らず、両面ポリッシング装置を用いてポリッシングを実行してもよいことは勿論である。また、ラッピング装置やポリッシング装置以外のほかの砥粒加工においても、本発明の要旨を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、両面研磨装置５０のサンギア２１と下定盤２０とインターナルギア２２と上定盤３０との４つに回転部材のうち、３つの部材を回転させる３ウェイ研磨加工方法または４つ全てを回転させる４ウェイ研磨加工方法によって研磨加工を実行する研磨方法の例を説明した。これに限らず、本発明の要旨は、下定盤２０および上定盤３０を固定して、サンギア２１およびインターナルギア２２を回転させることによりキャリアプレート１０を回転させてワーク１ａを研磨する所謂２ウェイ研磨加工方法にも適用することも可能である。

また、上記実施形態では、両面研磨装置５０のサンギア２１と下定盤２０とインターナルギア２２とを同方向に回転させ、上定盤３０は回転させないか、あるいは逆方向に回転させる例を説明した。これに限らず、例えば、下定盤２０と上定盤３０とを同方向に回転させて上記研磨加工方法を実行してもよい。

研磨装置の一実施形態としての両面研磨装置を模式的に説明する断面図。 キャリアプレートを模式的に示す平面図。 （ａ）は、両面研磨装置の下定盤部分における各部の動きを模式的に説明する平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面にて（ａ）の上部に配置される上定盤を含めて模式的に説明する部分断面図。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 実施形態の研磨方法において、研磨荷重の印加方法のバリエーションの一つを説明するグラフ。 研磨装置の変形例としての片面研磨装置を模式的に説明する断面図。

符号の説明

１ａ，２０１ａ…基材としてのワーク、１０…キャリアプレート、２０，２２０…下定盤、２０ｃ…第１の研磨面、２１…サンギア、２２…インターナルギア、３０…第２の上盤としての上定盤、３０ｃ…第２の研磨面、３９，２３９…研磨荷重制御手段としてのシリンダ、５０…研磨装置としての両面研磨装置、１５０…スラリー供給手段の一部としてのスラリー供給部分、２０１ｃ…加工面、２２０ｃ…研磨面、２３０…上定盤、２３０ｃ…ワーク固定面、２４０…容器としてのスラリー受け、２５０…研磨装置としての片面研磨装置、３５０…スラリー供給手段の一部としてのスラリー供給部分。

Claims (3)

1. 基材の互いに平行な面のうちいずれか一方の面を研磨加工する第１の研磨面を有する第１の定盤と、前記基材の他方の面の側に配置され前記基材を研磨加工する時の研磨荷重を制御する研磨荷重制御手段を備えた第２の定盤と、前記基材を研磨加工する時に、前記基材の研磨加工される加工面に研磨スラリーを供給するスラリー供給手段と、を有し、少なくとも前記第１の定盤を前記基材に対して運動させることにより前記基材を研磨加工する研磨装置を用いた前記基材の研磨方法であって、
   第１の研磨荷重で研磨加工するステップと、
   前記研磨荷重制御手段を用いて前記第１の研磨荷重よりも低い第２の研磨荷重で研磨加工するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする研磨方法。
2. 請求項１に記載の研磨方法において、
   前記研磨荷重制御手段を用いて前記第１の研磨荷重よりも高い第３の研磨荷重で研磨加工をするステップを含むことを特徴とする研磨方法。
3. 請求項１または２に記載の研磨方法において、
   前記第２の定盤が、前記基材の前記他方の面と対向する面に第２の研磨面を有し、前記第２の定盤を前記基材に対して運動させることにより前記基材の前記他方の面を研磨加工する前記研磨装置を用いていることを特徴とする研磨方法。

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